- •Электрические станции и подстанции
- •1 Современные и перспективные источники электроэнергии
- •1.1 Энергоресурсы
- •1.2 Типы электростанций
- •1.2.1 Тепловые электростанции
- •1.2.2 Газотурбинные установки
- •1.2.3 Парогазовые установки
- •1 Парогенератор; 2компрессор; 3газовая турбина; 4генератор; 5паровая турбина; 6конденсатор; 7насос; 8экономайзер
- •1.2.4. Атомные электростанции
- •1.2.5. Гидравлические электрические станции
- •1.2.6. Приливные электрические станции
- •1.2.7. Аккумулирующие электрические станции
- •1.2.8. Солнечные электростанции
- •1.2.9. Ветровая электростанция
- •1.2.10. Геотермальные электростанции
- •1.2.11. Магнитогидродинамическое преобразование энергии
- •1.2.12. Термоэлектрические генераторы
- •1.2.13. Радиоизотопные источники энергии
- •1.2.14. Термоэмиссионные генераторы
- •1.2.15. Электрохимические генераторы
- •1.2.16. Дизельная электростанция
- •2 Электрооборудование электростанций
- •2.1 Синхронные генераторы
- •Синхронизация синхронных машин
- •2.2 Силовые трансформаторы и автотрансформаторы
- •2.3 Особенности конструкции и режимы работы автотрансформаторов
- •Включение трансформаторов на параллельную работу.
- •3. Общие вопросы энергетического оборудования
- •3.1. Условия возникновения и горения дуги
- •3.1.2. Условия гашения дуги переменного тока
- •3.1.3. Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах до 1000 в
- •3.1.4 Основные способы гашения дуги в аппаратах выше 1 кВ.
- •3.1.5 Нагрузочная способность токоведущих проводников и аппаратов
- •3.1.6 Стойкость проводников и аппаратов при коротких замыканиях
- •4 Коммутационные аппараты
- •4.1. Коммутационные аппараты на напряжение до 1000 в
- •4.1.1 Рубильники и переключатели
- •4.1.2 Предохранители
- •4.1.3 Контакторы
- •4.1.4 Магнитные пускатели
- •4.1.5 Автоматические выключатели
- •20 Защелка
- •4.1.6 Устройство защитного отключения
- •4.2 Коммутационные аппараты на напряжение выше 1000 в
- •4.2.1 Многообъемные масляные выключатели
- •4.2.2 Маломасляные выключатели
- •4.2.3 Выключатель нагрузки
- •4.2.4 Вакуумные выключатели
- •4.4.5. Выключатели высоковольтные элегазовые
- •4.2.5 Воздушные выключатели
- •4.2.6 Предохранители
- •4.2.7 Разъединители
- •4.2.8 Отделители и короткозамыкатели
- •4.2.9 Трансформатор напряжения
- •4.2.10 Трансформатор тока
- •5 Схемы электрических соединений
- •5.1. Одна система сборных шин
- •5.2. Две системы сборных шин
- •5.3. Одна система сборных шин с обходной сш
- •5.4. Две системы сборных шин с обходной сш
- •5.5 Схемы многоугольников
- •5.6 Схемы «Полуторная» и 4/3 (четыре – третьих)
- •5.7 Схема с двумя выключателями на одно присоединение
- •5.8. Схемы мостиков
- •5.9 Схемы генераторных распределительных устройств.
4.2.3 Выключатель нагрузки
Выключатель нагрузки представляет собой трехполюсный коммутационный аппарат переменного тока для напряжения свыше 1 кВ, рассчитанный на отключение номинального рабочего тока и снабженный приводом для неавтоматического или автоматического управления, рис. 4.11.
Выключатели нагрузки не предназначены для отключения тока КЗ, но их включающая способность соответствует электродинамической стойкости при КЗ.
Рис. 4.11 Выключатель нагрузки с гасительным устройством газогенерирующего типа
Выключатели нагрузки применяют в присоединениях силовых трансформаторов на стороне высшего напряжения вместо силовых выключателей, если это возможно по условиям работы электроустановки. Поскольку они не рассчитаны на отключение тока КЗ, функции автоматического отключения трансформаторов в случае их повреждения возлагают на плавкие предохранители либо на выключатели, принадлежащие предшествующим звеньям системы.
Отечественные заводы выпускают выключатели нагрузки (рис 4.11) для номинальных напряжений 6 и 10 кВ. На опорных изоляторах разъединителя укреплены гасительные камеры. К ножам разъединителя прикреплены вспомогательные ножи. Изменен также привод разъединителя, чтобы обеспечить необходимую скорость движения ножей при включении и отключении, не зависящую от оператора.
В положении «включено» вспомогательные ножи входят в гасительные камеры. Контакты разъединителя и скользящие контакты гасительных камер замкнуты. Большая часть тока проходит через контакты разъединителя. В процессе отключения сначала размыкаются контакты разъединителя; при этом ток смещается через вспомогательные ножи в гасительные камеры. Несколько позднее размыкаются контакты в камере. Зажигаются дуги, которые гасятся в потоке газов – продуктах разложения вкладышей из органического стекла. В положении «отключено» вспомогательные ножи находятся вне гасительных камер, при этом обеспечиваются достаточные изоляционные разрывы.
4.2.4 Вакуумные выключатели
Вакуумные выключатели состоят из вакуумных дугогасительных камер (ВДК), приводов с приводными механизмами и схем управления.
Вакуумные дугогасительные камеры являются важнейшей частью выключателей, определяющей их технические характеристики.
Принцип действия вакуумных дугогасительных камер основан на гашении электрической дуги в вакууме, при давлении остаточных газов 10-310-6Па. В вакуумных дугогасительных устройствах (ДУ) реализуется два очень важных свойства вакуумных промежутков: высокая электрическая прочность (выше, чем у трансформаторного масла) и высокая дугогасительная способность.
В глубоком вакууме дугогасительной камеры выключателя длина свободного пробега молекул и электронов составляет десятки и сотни метров, т. е. во много раз больше, чем расстояние между контактами выключателя. Ударная ионизация в вакуумном промежутке практически отсутствует, поэтому вакуумный промежуток не может служить источником заряженных частиц. Заряженные частицы могут появиться при определенных условиях с поверхностей контактов и других частей вакуумной камеры.
Процесс отключения происходит следующим образом. При размыкании контактов 2 и 3 (рис. 4.12) количество контактных точек между ними уменьшается, а плотность тока, протекающего через контактные точки, растет.
В результате этого на завершающей стадии размыкания происходит расплавление и испарение материала контактов. В парах металла возникает электрический разряд, переходящий в дуговую стадию. Благодаря низкому давлению в камере происходит интенсивная диффузия (деионизация) дугового столба и дуга гаснет. Частицы испарившегося материала контактов оседают на поверхностях вакуумной камеры. При этом быстро, со скоростью 550 кВ/мкс, восстанавливается электрическая прочность между контактами. Скорость восстановления электрической прочности в вакуумных выключателях выше, чем у других типов выключателей.
Герметичность камеры при перемещении подвижного контакта обеспечивается сильфоном 4, который плотно связан с токовводом 5 подвижного контакта и фланцем 6 камеры.
Рис. 4.12 Вакуумный выключатель BB/Tel
Материал контактов оказывает большое влияние на характеристики выключателя. В настоящее время применяют сплавы меди и хрома или меди с небольшими количествами висмута, железа и бора. Эти сплавы отличаются более высокой электро- и теплопроводностью по сравнению с ранее применявшимися тугоплавкими материалами, например вольфрамом.
При использовании тугоплавких материалов для контактов в газообразное состояние переходит меньшее количество вещества, поэтому дуговой столб распадается быстрее. Однако в этом случае при отключении малых токов погашение дуги возможно при токе до момента перехода тока через нуль. Происходит “срез” тока, что вызывает перенапряжение на оборудовании и может привести к нежелательным последствиям.
Поэтому в настоящее время применяют сплавы меди в качестве материала контактов, чтобы предотвратить перенапряжения в отключаемой цепи. Для защиты изоляционных поверхностей камеры от загрязнения продуктами эрозии контактов устанавливают специальные экраны. Так как контакты находятся в глубоком вакууме, они не окисляются, благодаря чему достигается высокая износостойкость контактов. Они работают без обслуживания в течение всего срока службы камеры.
Благодаря высокой электрической прочности вакуумных промежутков ход подвижных контактов невелик, в пределах 820 мм. Ход контактов у маломасляных выключателей с теми же параметрами, что и у вакуумных выключателей, примерно в 10 раз больше (около 200 мм у выключателя типа ВМП-10).
Характеристики вакуумных выключателей определяются работой контактной системы. При коммутациях происходит эрозия контактных поверхностей. Она тем больше, чем больше отключаемый ток, длительность горения дуги, ниже температура плавления материала контактов и хуже теплоотвод.
Чтобы быстрее погасить дугу, необходима высокая скорость движения подвижного контакта при отключении и включении. Такая необходимость при включении вызвана тем, что при сближении контактов перед замыканием происходит пробой межконтактного промежутка с переходом в дугу так же, как и при отключении. При медленном сближении контактов тепловыделение увеличивается, может возникнуть оплавление контактов. По этой же причине нежелательна вибрация контактов после замыкания, так называемый дребезг контактов. Достаточно большое сжатие контактов в замкнутом состоянии устраняет дребезг и способствует уменьшению переходного электрического сопротивления.
Преимущества вакуумных выключателей: высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов КЗ; снижение эксплуатационных затрат, простота эксплуатации; быстрое восстановление электрической прочности (1050) х 103В/мкс; взрыво- и пожаробезопасность; повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам; произвольное рабочее положение вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) в конструкции выключателя; бесшумность, чистота (удобство обслуживания), отсутствие загрязнения окружающей среды; высокое быстродействие, применение для работы в любых циклах АПВ; сравнительно малые массы и габариты, небольшие динамические нагрузки на конструкцию при работе из-за относительно малой мощности привода; легкая замена ВДК.
К недостаткам можно отнести: возможные коммутационные перенапряжения при отключении малых индуктивных токов; трудности при создании и изготовлении, связанные с созданием контактных материалов, сложностью вакуумного производства, склонностью материалов контактов к сварке в условиях вакуума; большие вложения, необходимые для осуществления технологии производства, и поэтому большая стоимость по сравнению с масляными выключателями.